Toplinski motor je uređaj koji se koristi za pretvaranje toplinske energije ili topline u mehanički rad. To se radi kada toplina, koja potječe iz vrućeg izvora, prolazi kroz sam motor u hladni sudoper. Hladni sudoper je dio termodinamičkog ciklusa s nižom temperaturom, poput kondenzacijske jedinice koja se nalazi u ciklusu Rankine ili pare. Postoji mnogo različitih vrsta toplinskih motora, od kojih svaki ima svoj specifični ciklus. Neki primjeri toplinskih motora uključivali bi parne i motore s unutarnjim izgaranjem, zajedno sa Stirlingovim motorima i plinskim turbinama.
Obično će se toplinski motor zamijeniti s termodinamičkim ciklusom koji se odvija unutar samog motora. To je uglavnom zato što se toplinski motori često klasificiraju prema svojim specifičnim termodinamičkim ciklusima. Sam uređaj koji pretvara toplinsku energiju u rad poznat je kao “motor”, dok je termodinamički model koji se primjenjuje na motor “ciklus”. Zbog toga se parni strojevi ne nazivaju Rankineovim strojevima.
Učinkovit toplinski stroj pokušat će što bolje oponašati svoj ciklus. Što je veća temperaturna razlika između toplog izvora i hladnog umivaonika unutar ciklusa, to je motor učinkovitiji. Na primjer, učinkovit parni stroj zahtijeva i visokotemperaturni izvor topline i hladni odvod niske temperature. U Rankineovom ciklusu, kotao koristi visokotemperaturni plamenik za pretvaranje vode u paru. Ova para prolazi kroz motor i zatim se kondenzira natrag u vodu kroz kondenzator niske temperature.
Što je kondenzator hladniji, to će se više pare kondenzirati natrag u vodu. To je zato što su kondenzatori napravljeni da učinkovito preokrenu proces zasićenja koji provodi kotao. Na taj način će se postići veće stope kondenzacije; što je stopa veća, to će se više vode vratiti. To pomaže u povećanju ukupne učinkovitosti parnog ciklusa.
Iako se učinkovitost toplinskog motora može visoko optimizirati kroz veliku razliku u temperaturama između izvora vrućeg i hladnog odvoda, ona je još uvijek ograničena. To je zato što temperatura hladnog sudopera ovisi o temperaturi koja ga okružuje, koja se u nekim situacijama ne može ohladiti do idealnih uvjeta. Zbog toga je učinkovitost toplinskog motora ograničena na temperaturne granice hladnog sudopera. Uobičajeno rješenje za to je povećanje temperature vrućeg izvora; no čak je i to ograničeno na nedostatak čvrstoće materijala pri visokim temperaturama.
Učinkovitost toplinskog motora varira ovisno o specifičnom motoru i ciklusu. Toplinska učinkovitost kreće se od 3% do oko 70%, a motori automobila postižu toplinsku učinkovitost negdje oko 25%. Učinkovitiji toplinski motori nalaze se u velikim elektranama, gdje se i plinske i parne turbine koriste za proizvodnju električne energije.